[发明专利]臭氧发生器用膜电极组件的生产设备及其使用方法

说明书

本发明涉及臭氧制备技术领域，具体涉及一种用于臭氧发生器的膜电极组件的生产设备及其使用方法。该生产设备包括依次设置的喂入辊对、浸料装置、催化剂加料装置、第一挤压成型装置、热处理装置、纤维加料装置、第二挤压成型装置和卷绕装置。采用该设备能够制备大面积大幅宽的膜电极组件，其制得的膜电极组件，从结构上和制备工艺上进行改进，显著提高了臭氧产生速率，降低了使用成本，延长了使用寿命，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及臭氧制备技术领域，具体涉及一种用于臭氧发生器的膜电极组件的生产设备及其使用方法。

背景技术

臭氧（O₃）作为一种强氧化剂，因其氧化能力强，具有较强的杀菌消毒效果，杀菌消毒后产生氧气，不会产生二次污染，因此在环境保护等领域越来越受到重视。目前，臭氧已经广泛应用到饮用水处理、医疗用水处理、城市污水处理、食品消毒杀菌、空气净化等各个方面。然而，由于臭氧容易自分解，不易储存，因此在采用臭氧时，普遍是现制现用。目前，人工产生臭氧的方法主要包括紫外线照射法、放射化学法、介质阻挡放电法以及低压电解法等。在这些生产方法中，放射化学法需要利用放射源，成本高，且安全性差。紫外线照射法是利用紫外线照射干燥的氧气，将一部分氧分子离解成氧原子，然后氧原子再同氧分子发生反应而形成臭氧。然而，紫外线照射法能耗高、且产生的臭氧浓度较低，不利于大规模生产臭氧，更何况臭氧在使用时往往需要达到一定的浓度才具有较好的消毒杀菌效果。介质阻挡放电法是通过交变高压电场产生电晕，电晕区中有自由高能电子，当氧气体通过电晕放电区时氧气分子会在高速电子流的轰击下被离解成氧原子，然后氧原子再与氧气分子经碰撞而形成臭氧分子。然而，在采用介质阻挡放电法制备臭氧时，若选择原料为空气，则会产生对人体有害的氮氧化物，污染环境，且制得的臭氧浓度也较低。若选择为纯氧气，则会大大提高生产成本，不利于推广使用。而低压电解法制备臭氧，是利用直流电源电解含氧电解质。其中，低压电解水能够获得较高的臭氧浓度，且不会产生氮氧化物等有害物质。同时，所采用的直流电源的电压可以低至3-5伏，安全实用，便于推广。

目前，低压电解水制备臭氧的方法中，主要是采用离子交换膜与阴、阳极催化剂膜片形成膜电极组件，利用该膜电极组件电解水而产生臭氧。在现有技术中，制备膜电极组件中的阴、阳极催化剂膜片时，常用的方法是粘结法、离子交换法和电化学沉积法。

粘结法就是将混有粘结剂的阴阳极催化颗粒在外加机械力的情况下，粘结到离子交换膜上。离子交换法是在离子交换膜的两侧沉积一层电极催化剂颗粒，但这种方法交换得到的颗粒比较粗大，且电极催化剂的析出量不容易控制。电化学沉积法是采用电化学还原的方法将金属盐溶液电还原沉积到膜表面，但这种方法成本较高，使用的设备昂贵。此外，这些方法具有催化剂在离子交换膜上的牢度不够、比表面积较小，不利于提高臭氧的产生速率。

此外，现有技术中制备膜电极组件的工艺复杂，零部件较多，需要螺栓等装配，效率低。同时，采用螺栓等装配时，由于螺栓常用铁制成，而臭氧具有强氧化性，会对螺栓产生一定的腐蚀作用。因此，如何简化膜电极组件的生产工艺、提高阳极催化膜和阴极催化剂膜与离子交换膜的接触牢度、提高臭氧的发生速率、提高生产效率，是本领域技术人员亟需解决的一大问题。此外，目前生产膜电极组件，均是小批量小型化生产，不能大规模地批量生产，这也制约了行业发展。同时，多数臭氧发生器是小型化的装置，当需要较多臭氧时，往往通过并联多个小型化的臭氧发生器模块而实现。目前市面上生产的膜电极组件较小，不能直接用于大型的臭氧发生器中。因此，如何简单方便地生产大面积大幅宽的膜电极组件，也是本领域技术人员需要考虑的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于臭氧发生器的膜电极组件的生产设备及其使用方法。采用该设备制得的膜电极组件，能够提高催化剂的牢度，增大膜的比表面积，提高臭氧产生效率并减少了螺栓等零部件的使用，降低了成本，提高了膜电极组件的使用寿命。同时，该设备能制得具有较大面积和幅宽的膜电极组件，能够满足大型臭氧发生器的使用需求。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：